Une architecture de distribution d`alimentation évolutive

Une architecture de distribution
d'alimentation évolutive,
reconfigurable et efficace pour les
datacenters haute densité
Révision n° 2
Par Neil Rasmussen
Livre blanc n° 129
Des améliorations significatives de l'efficacité, de la
densité, de la supervision et de la reconfigurabilité ont
été atteintes dans la distribution d'alimentation des
datacenters. Les anciennes techniques avec de grosses
unités de distribution équipées de transformateurs,
alimentant des circuits fixes sous le plancher via des
conduits rigides ou flexibles sont contraignantes dans
les datacenters d'aujourd'hui. Ce livre présente la
distribution modulaire d'électricité comme une
alternative, qu'il compare à l'approche traditionnelle.
Résumé Général
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Une architecture de distribution d'alimentation évolutive, reconfigurable et efficace pour pour les datacenters haute densité
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La plupart des datacenters utilisent toujours l'architecture de distribution de l'alimentation
conçue il y a une quarantaine d'années. Ce système est illustré par la Figure 1.
Dans cette configuration traditionnelle, l’alimentation secteur du datacenter est distribuée à
des unités de distribution de l’alimentation (de puissance nominale comprise entre 50 kW et
500 kW). Celles-ci peuvent être équipées de gros transformateurs convertisseurs de tension
ou qui conditionnent l'énergie. De ces unités de distribution de l’alimentation partent des
circuits de dérivation (de puissance nominale comprise entre 1,5 kW et 15 kW) à destination
des équipements informatiques. Chaque armoire est reliée à un ou plusieurs circuits de
dérivation. Le câblage des armoires informatiques se fait généralement au moyen de
conduits flexibles ou rigides, souvent dans un faux-plancher, comme le montre la Figure 2.
Introduction
Figure 1
Câblage du système de
distribution de
l'alimentation d'un
datacenter traditionnel
Conduits
d'alimentation des
circuits de dérivation
sous le plancher
Unité de
distribution de
l'alimentation
Armoires
d'équipements
informatiques
Figure 2
Conduits rigides de
distribution de l'alimentation,
installés dans un faux-
plancher

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Depuis l'avènement de ce système, les modes de consommation de l'énergie dans les
datacenters ont beaucoup évolué et s'accompagnent de changements, comme
l'intensification de la densité de puissance, la multiplication des équipements informatiques
individuels au sein du datacenter, ainsi que les ajouts et suppressions constants
d'équipements.
Ce livre blanc explique pourquoi l'évolution du datacenter rend l'architecture traditionnelle de
distribution de l'alimentation contraignante dans les datacenters d'aujourd'hui et recommande
la mise en œuvre d'un système plus efficace. Ce système amélioré permet d'installer et de
déplacer des racks et mêmes des unités de distribution de l’alimentation sans nouveau
câblage, de suspendre les câbles de distribution de l'alimentation, de supporter des racks
jusque 30 kW par source d'alimentation flexible, d'améliorer le rendement énergétique, de
réduire la consommation de cuivre, de se raccorder directement au circuit de dérivation et
d'utiliser un système standard d'administration de la capacité.
Aux origines du système traditionnel de distribution de l'alimentation, les datacenters se
composaient d'un petit nombre de gros équipements informatiques que l'on remplaçait
rarement, hormis dans le cadre d'un arrêt programmé de modernisation. La faible densité de
puissance de ces installations n'exigeait que peu de distribution d’air sous le plancher et
généralement moins d'un circuit de dérivation tous les trois mètres carrés. Les
caractéristiques du datacenter d'aujourd'hui mettent à mal cette architecture traditionnelle :
• Le petit nombre de gros équipements informatiques a laissé place à des milliers
d'appareils connectés, chacun ayant ses propres cordons d'alimentation, exigeant donc
bien plus de prises
• Les équipements informatiques installés en armoire sont changés souvent sur toute la
durée de vie d'un datacenter, ce qui induit de nouveaux besoins d'alimentation ou de
prises au niveau du rack
• Ces nouveaux besoins d'alimentation nécessitent d'ajouter souvent des circuits
d'alimentation dans un datacenter opérationnel, sans perturber les charges
informatiques en cours
• La densité de puissance par rack a beaucoup augmenté, ce qui impose souvent d'avoir
recours à plusieurs circuits de dérivation par armoire
• La multiplication des sources d'alimentation et des conduits sous le plancher empêche
l'air de circuler et complique tout changement ultérieur
• Plusieurs équipements informatiques peuvent souvent être connectés à un disjoncteur
de dérivation, ce qui complique le dimensionnement adapté des circuits de dérivation ou
l'évaluation des conditions d'une surcharge imminente
• Les systèmes à double circuit d'alimentation sont fréquents, ce qui exige de vérifier
qu'aucun circuit n'est chargé à plus de 50 %, or il n'existe généralement pas de
mécanisme de suivi ou de planification en ce sens
Même si ces problématiques sont connues et qu'il existe différents produits pour y remédier,
la plupart des datacenters construits aujourd'hui reposent toujours sur ces méthodes
traditionnelles et souffrent donc des conditions défavorables suivantes :
• Nécessité pour les opérateurs de datacenter d'intervenir à chaud sur des câbles
alimentés
• Impossibilité de dire quels circuits de dérivation sont proches de la surcharge, ou
lesquels risqueront la surcharge en cas de perte d'un circuit d'alimentation
• Obstruction de la circulation de l'air sous le plancher par des câbles, rendant
indisponibles les grands volumes d'air dont ont besoin les équipements modernes
Généralités

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• Occupation excessive de l'espace au sol par les unités de distribution de l'alimentation
qui mobilisent aussi la portance du sol
• Impossibilité d'utiliser pleinement les grosses unités de distribution de l'alimentation
avec transformateurs faute de circuits de dérivation suffisants
• Nécessité de refroidir la chaleur résiduelle générée par ces grosses unités de
distribution de l'alimentation avec transformateurs, ce qui nuit au rendement des
datacenters
Quelques-unes de ces difficultés sont illustrées par les photographies de datacenters en
service à la Figure 3.
L'architecture de distribution de l'alimentation décrite à la section suivante résout tous les
problèmes évoqués ci-avant.
Voici les caractéristiques attendues d'un système idéal :
• Possibilité d'ajouter ou de remplacer des circuits à chaud, en toute sécurité
• Absence de câbles sous le plancher
• Suivi d'alimentation de tous les circuits
• Surveillance à distance de tous les disjoncteurs
• Possibilité de déployer progressivement des zones informatiques avec leur propre
distribution de l'alimentation
• Prise en charge de tous les niveaux de puissance par un seul câble raccordé à l'armoire
informatique
• Possibilité pour le personnel informatique de changer les prises au niveau de l'armoire
informatique
• Gestion de la capacité et de la redondance de chaque circuit
• Elimination des câbles en cuivre superflus
• Haut rendement
Au fil du temps, les systèmes de distribution de l'alimentation ont évolué pour satisfaire les
besoins du datacenter moderne et les améliorations suivantes ont été apportées :
Figure 3
Enchevêtrements de câbles
dans les datacenters existants
Un système
optimisé de
distribution de
l'alimentation

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• Mesure de l’alimentation des circuits de dérivation
• Système suspendu de passage de câbles avec cordons d'alimentation flexibles
• Goulotte fixe suspendue avec couvercles amovibles
• Unités haute puissance de distribution de l'alimentation enfichable pour rack
• Unités de distribution de l'alimentation sans transformateur
• Logiciel de gestion de la capacité d'alimentation
Le système de distribution de l'alimentation de la Figure 4 inclut tous ces éléments dans une
architecture parfaitement adaptée aux datacenters haute densité modernes.
Description du système
Le système de distribution est double. Dans les grands datacenters, l'alimentation secteur
critique de l'onduleur est distribuée aux rangées informatiques via une ou plusieurs goulottes
suspendues, comme illustré en haut de la Figure 4. Ces goulottes sont installées en hauteur
et desservent toutes les rangées de racks. Quand on installe un groupe de racks, on installe
en même temps une unité de distribution modulaire, à faible encombrement, que l'on branche
à la goulotte suspendue. Le raccordement à la goulotte est également illustré par la Figure 4.
Plateau suspendu de
passage de câbles
entre circuits de
dérivation et armoires
PDU modulaire
demi-rack 250 kW
Armoires
d'équipements
informatiques
Goulotte
d'alimentation
secteur desservant
les rangées
Couvercle de prise
enfichable 250 kW
Prise
triphasée
classique
Figure 4
Illustration d'un système
modulaire de distribution de
l'alimentation